JP2004225484A

JP2004225484A - 杭の載荷試験方法及びこの試験に用いる載荷装置

Info

Publication number: JP2004225484A
Application number: JP2003017714A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Nishio; 博人西尾; Toshimasa Nagao; 俊昌長尾
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】本設杭として使用する摩擦杭に載荷試験を行っても杭沈下を防止し、信頼性の高い支持力の評価を行うことができる杭の載荷試験方法を提供する。
【解決手段】本設杭２の最大の周面摩擦力Ｃは、Ｃ＝（２×Ｐｍａｘ×ｈ）／（π×φ^２×Ｌ１）の式で推定される。なお、Ｐｍａｘ：回転アーム８に対する最大の押力、ｈ：回転アーム８の腕の長さ、φ：本設杭２の直径、Ｌ１：本設杭２の埋設深さである。先ず、腕の長さがｈの回転アーム８の先端に押力Ｐを作用することで、本設杭２の頭部２ａにトルク（Ｐ×ｈ）を伝達し、頭部２ａを捩じっていく。そして、徐々に増大して作用している押力Ｐが急激に下がったときに本設杭２が回転し始めるので、本設杭２に対する捩じりを停止する。そして、計測した最大の押力Ｐｍａｘを、上記の式に代入して最大の周面摩擦力Ｃを推定する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭の載荷試験方法と、この杭の載荷試験方法に用いる載荷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
杭基礎は、地盤（地盤の支持層が深く、地耐力が不足しているなど）や環境（地震多発地帯）等の様々な立地条件に対して十分な支持力を発揮できることから、構造物の基礎として広く用いられている。
杭基礎の信頼性を高めるためには、地盤物性値の的確な調査と、支持力の評価が不可欠である。特に、杭基礎評価は載荷試験を実施することで、その結果を設計段階の支持力推定に反映させるようにしなければならない。
【０００３】
杭基礎を支持形式から分類すると、一般に、支持杭、摩擦杭とに分けられ、前者の支持杭は、支持地盤層まで埋設されて構造物を支持する杭である。また、後者の摩擦杭は、良質の支持地盤層が著しく深いために軟弱地盤に埋設されており、支持力のほとんどを周囲摩擦力に期待した杭であり、合理的であり経済的な面でメリットが大きいことから採用する事例が増えてきている。
【０００４】
支持杭の評価は、例えば、杭周面の地盤を所定の深度まで段階的に掘削し、杭の周面摩擦力の一部を消失させた状態で、静的或いは動的載荷による鉛直載荷試験を繰り返し、地層毎あるいは単位深さ毎の周面摩擦力を推定していき、最終的に杭の先端支持力を推定する載荷試験方法（例えば、特許文献１。）を実施することで、その結果を信頼度の高い支持力評価として設計段階に反映させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０９―２７９５６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、載荷試験を行うべき摩擦杭を、構造物の基礎となる本設杭に適用しようとしても、前述した鉛直載荷試験では極限支持力の評価を行うことができない。
すなわち、本設杭は、地盤表面からの杭頭部の高さ、埋設深さが、規定の寸法で埋設されているが、支持杭と同様に静的或いは動的載荷による鉛直載荷試験で極限支持力まで載荷を行うと、軟弱地盤と摩擦杭の周面摩擦が切れて杭の沈下が発生し、本設杭としての機能を失ってしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、本設杭として使用する摩擦杭に載荷試験を行っても摩擦杭の沈下を防止して本設杭の機能を失うことが無く、しかも、信頼性の高い支持力の評価を行うことができる杭の載荷試験方法及びこの試験に用いる載荷装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の杭の載荷試験方法は、地盤に所定の深さまで埋設した杭の頭部を捩じり、当該杭が回転し始めたときのトルクを測定し、このトルクに基づいて最大の周面摩擦力を推定することで前記杭の支持力を評価する方法である。ここで、前記最大の周面摩擦力とは、前記地盤と前記杭との間の縁が切れる直前の最も大きな周面摩擦力のことを称する。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の杭の載荷試験方法において、前記杭を、軟弱地盤に埋設した摩擦杭であり、且つ構造物の基礎となる本設杭とした。
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の杭の載荷試験方法に用いる載荷装置であって、地表に露出した前記杭の頭部から水平方向外方に延在するように固定した回転アームと、この回転アームの水平方向外方の端部側に該回転アームの延在方向に対して直交する外力を加えることで前記杭の頭部にトルクを伝達するトルク伝達部と、このトルク伝達部から前記回転アームに作用した外力の負荷量を測定する負荷量測定部と、前記杭の頭部が水平方向に移動するのを防止する反力部とを備えている装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る杭の載荷試験方法の１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１及び図２の符号２は、良質の支持地盤層が著しく深いために軟弱地盤４のみに埋設されている摩擦杭であり、構造物の基礎となる本設杭として使用される予定の杭である（以下、本設杭２と称する）。この本設杭２は、所定の深さＬ１まで軟弱地盤４に埋設されているとともに、地表４ａから所定の高さＬ２だけ頭部２ａが露出している。
【００１１】
本設杭２の頭部２ａには、載荷試験を行う載荷装置６が設置されている。
この載荷装置６は、頭部２ａの天端の軸心位置に設けた軸２ｂに一端が固定されて水平方向外方に延在している回転アーム８と、この回転アーム８の他端側に油圧シリンダ１０ａの先端を連結している油圧式駆動部１０と、この油圧式駆動部１０から回転アーム８に作用した押力Ｐを測定する押力測定部１２と、回転アーム８の回転により頭部２ａが捩じられるときに、頭部２ａが水平方向に移動（軸ずれ）しようとするのを防止する反力発生部１４とを備えている。
【００１２】
反力発生部１４は、頭部２ａの外周の略半分に接触し、外周に対して摺動自在なベルト部材であり、油圧シリンダ１０ａの伸長により回転アーム８に作用する押力Ｐに対し、逆側の反力Ｒが作用するようにした装置である。
次に、上記構成の載荷装置６を使用した本設杭２の最大の周面摩擦力Ｃを推定する方法について、図３のモデル図を参照しながら説明する。なお、最大の周面摩擦力Ｃとは、軟弱地盤４と本設杭２との間の縁が切れる（本設杭２の周面摩擦が無くなる）直前の最も大きな周面摩擦力のことを称する。
【００１３】
この最大の周面摩擦力Ｃは、以下の（１）式で推定することができる。なお、Ｐｍａｘは、油圧式駆動部１０が回転アーム８に作用した最大の押力であり、ｈは、回転アーム８の腕の長さであり、φは、本設杭２の直径であり、Ｌ１は、本設杭２の埋設深さである。
Ｃ＝（２×Ｐｍａｘ×ｈ）／（π×φ^２×Ｌ１） ……（１）
さて、本設杭２の最大の周面摩擦力Ｃを推定するには、油圧式駆動部１０の駆動により油圧シリンダ１０ａを徐々に伸長させていく。
【００１４】
油圧シリンダ１０ａが伸長していくと、油圧シリンダ１０ａからの押力Ｐが、腕の長さがｈの回転アーム８の先端に作用することで、本設杭２の頭部２ａにトルク（Ｐ×ｈ）が伝達されていき、頭部２ａが捩じられていく。その際、押力測定部１２は、徐々に増大していく押力Ｐを測定しているものとする。
また、本設杭２の頭部２ａは押力Ｐの作用方向に向けて水平移動しようとするが、反力発生部１４により水平移動が拘束されているので、トルク（Ｐ×ｈ）に応じた捩じりが確実に本設杭２に伝達されていく。
【００１５】
そして、測定している押力Ｐが急激に下がったときに本設杭２が回転し始めるので、その直後に、油圧式駆動部１０の駆動を停止し、本設杭２に対する捩じりを停止する。
次に、押力測定部１２で計測した最大の計測値を、最大の押力Ｐｍａｘとして上記（１）式に代入し、最大の周面摩擦力Ｃを推定する。
【００１６】
したがって、本実施形態では、本設杭２を捩じって回転させることで最大の周面摩擦力Ｃを推定しており、鉛直載荷試験のように鉛直荷重を加えないことから本設杭２が沈下しないので、本設杭２の機能を失うおそれがない。
また、本設杭２が回転し始めたときの最大のトルク（Ｐｍａｘ×ｈ）を算出して最大の周面摩擦力Ｃを推定しているので、本設杭２に対する信頼性の高い支持力の評価を行うことができる。
【００１７】
また、鉛直載荷試験のように反力をとるための反力杭や、重り等の設備が不要となるので、試験時間や、試験に費やす装置コストの大幅な削減を図ることができる。
また、本実施形態では回転アーム８を用いて本設杭２にトルクを伝達する方法としているので、比較的小さな押力で載荷試験が可能となり、油圧式駆動部１０の小型化を図ることができる。
【００１８】
ここで、本実施形態の油圧シリンダ１０ａ及び油圧式駆動部１０が、本発明のトルク伝達部に相当し、本実施形態の押力測定部１２が、本発明の負荷量測定部に相当し、本実施形態の反力発生部１４が、本発明の反力部に相当する。
なお、本実施形態では回転アーム８に押力を作用する装置として油圧式駆動部１０を採用したが、これが本発明の要旨に限定されるものではなく、他の動力の駆動手段を使用しても同様の効果を奏することができる。
【００１９】
そして、本実施形態の載荷試験装置は簡便な装置であり、試験の準備も簡単なので、場合によっては、本設杭２の全数に対して試験も可能である。
さらに、本実施形態では、摩擦杭である本設杭２に対して載荷試験を行っているが、支持杭に対して周面摩擦力の推定を行うために試験を行っても何等問題はない。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、杭の頭部を捩じることで、杭が回転し始めたときのトルクを測定し、このトルクに基づいて最大の周面摩擦力を推定することで前記杭の支持力を評価するようにしたので、杭に対する信頼性の高い支持力の評価を行うことができる。また、鉛直載荷試験のように反力をとるための反力杭や、重り等の設備が不要となるので、試験時間や試験に費やすコストの大幅な削減を図ることができる。
【００２１】
また、請求項２記載の発明によると、請求項１記載の効果を奏することができるとともに、鉛直載荷試験のように鉛直荷重を加えないことで杭が沈下しないようにしたので、軟弱地盤に埋設した摩擦杭であり、且つ構造物の基礎となる本設杭に対して試験を行っても、本設杭としての機能を失うおそれがない。
さらに、請求項３記載の発明によると、請求項１又は２記載の効果を奏することができるとともに、載荷装置が簡便なものであり、試験準備も簡単に行うことができるので、全数の杭に対して試験を容易に行うことができる。また、回転アームを用いて杭にトルクを伝達する方法としているので、比較的小さな外力を回転アームに作用させることで載荷試験が可能となり、トルク伝達部の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る試験用の杭と、載荷装置を示す平面図である。
【図２】本発明に係る試験用の杭と、載荷装置を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係る載荷試験方法を示すモデル図である。
【符号の説明】
２本設杭（摩擦杭）
２ａ頭部
４軟弱地盤
６載荷装置
８回転アーム
１０油圧式駆動部（トルク伝達部）
１２押力測定部（負荷量測定部）
１４反力発生部（反力部）
Ｃ最大の周面摩擦力
Ｐｍａｘ最大の押力

Claims

地盤に所定の深さまで埋設した杭の頭部を捩じり、当該杭が回転し始めたときのトルクを測定し、このトルクに基づいて最大の周面摩擦力を推定することで前記杭の支持力を評価することを特徴とする杭の載荷試験方法。
前記杭は、軟弱地盤に埋設した摩擦杭であリ、且つ構造物の基礎となる本設杭であることを特徴とする請求項１記載の杭の載荷試験方法。
請求項１又は２記載の杭の載荷試験方法に用いる載荷装置であって、地表に露出した前記杭の頭部から水平方向外方に延在するように固定した回転アームと、この回転アームの水平方向外方の端部側に該回転アームの延在方向に対して直交する外力を加えることで前記杭の頭部にトルクを伝達するトルク伝達部と、このトルク伝達部から前記回転アームに作用した外力の負荷量を測定する負荷量測定部と、前記杭の頭部が水平方向に移動するのを防止する反力部と、を備えていることを特徴とする杭の載荷試験方法に用いる載荷装置。